Tài liệu ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - Kỹ thuật sấy docx

Các nhu cầu sấy ngày càng đa dạng, có nhiều phương pháp và thiết bị sấy nhưng thiết bị sấy bằng phương pháp điện trở được sử dụng rộng rãi nhất.. Do đó việc điều chỉnh và ổn định nhiệt đ

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

Lời Nói Đầu 1

Chương I: Khái quát về tủ sấy bằng điện trở 3

§1.1: Khái niệm chung và phân loại 3

§1.2: Các yêu cầu chủ yếu đối với vật liệu làm dây đốt 5

§1.3: Vật liệu làm dây đốt 5

§1.4 Cấu tạo dây đốt điện trở 12

§1.5: Một số lò sấy điện trở gián tiếp thường dùng 15

Chương II: Thiết kế mạch động lực 22

§2.1: Sơ đồ điều khiển nhiệt độ bằng tiếp điểm 22

§2.2: Giới thiệu một vài sơ đồ điều chỉnh điện áp xoay chiều 23

§2.3 Thiết kế mạch động lực với điện áp 220/380 (V) xoay chiều 30

Chương III: Thiết kế mạch điều khiển nhiệt 36

§3.1 Nguyên lý điều khiển triac (Tiristor) 36

§3.2 Sơ đồ điều khiển 49

Chương IV: ổn định nhiệt độ 69

§4.1: Mục đích ổn định nhiệt độ: 69

§4 2: Một số cảm biến thường dùng để đo nhiệt độ 69

§4.3 Thiết kế mạch phản hồi ổn định nhiệt 80

Chương V: Thiết kế tủ điện 88

Kết luận 91

Tài liệu tham khảo 92

LỜI NÓI ĐẦU

Kỹ thuật sấy đóng vai trò vô cùng quan trọng trong công nghiệp và đời sống Trong quy trình công nghệ sản xuất của rất nhiều sản phẩm có công đoạn sấy khô để bảo quản dài ngày Công nghệ này ngày càng phát triển trong ngành hải sản, rau quả và các thực phẩm khác Các sản phẩm nông nghiệp dạng hạt như lúa, ngô đậu sau khi thu hoạch cần sấy khô kịp thời, nếu không sản phẩm sẽ giảm phẩm chất thậm chí còn hỏng dẫn đến tình trạng mất mùa sau thu hoạch

Các nhu cầu sấy ngày càng đa dạng, có nhiều phương pháp và thiết bị sấy nhưng thiết bị sấy bằng phương pháp điện trở được sử dụng rộng rãi nhất Phương pháp sấy bằng điện trở là phương pháp sử dụng trực tiếp năng lượng điện năng tạo ra nguồn nhiệt năng theo định luật Joule- lence

Đối với từng loại sản phẩm sấy khác nhau thì cần một nhiệt độ khác nhau Do đó việc điều chỉnh và ổn định nhiệt độ cho tủ sấy cũng đóng vai trò

quan trọng trong quá trình sấy vì thế trong tập đồ án này tìm hiểu về “Thiết

kế mạch điều khiển nhiệt độ cho tủ sấy bằng điện trở” Nội dung của đồ án

tốt nghiệp này gồm 5 phần chính sau:

Chương I: Khái quát về tủ sấy bằng điện trở

Chương II: Thiết kế mạch động lực

Chương III: Thiết kế mạch điều khiển nhiệt độ

Chương IV: Ổn định nhiệt độ của tủ sấy

Chương V: Thiết kế tủ điện

Để hoàn thành “đồ án tốt nghiệp” này em đã được sự chỉ bảo và hướng dẫn tận tình của thầy giáo: Trần Văn Thịnh cùng các thầy cô trong Bộ môn Thiết bị điện- Điện tử, Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội

Mặc dù bản thân đã có nhiều cố gắng nhưng vì thời gian và kiến thức còn hạn chế nên không tránh khỏi sai lầm, thiếu sót Kính mong các thầy cô tạo điều kiện chỉ bảo giúp em để lần sau không còn gặp phải

Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo: Trần Văn Thịnh đã tận tình giúp

em trong quá trình hoàn thành đồ án Em cũng xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đối với thầy cô giáo trong bộ môn thiết bị Điện- Điện tử và các thầy cô giáo Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội đã tận tình giảng dạy, giúp đỡ tạo điều kiện trong suốt quá trình học tập và rèn luyện của em để đến ngày hôm nay, em hoàn thành được nhiệm vụ học tập của mình

Hà nội, ngày 31 tháng 5 năm 2004

Sinh Viên

Đặng Thanh Hoàng

CHƯƠNG I: KHÁI QUÁT VỀ TỦ SẤY BẰNG ĐIỆN TRỞ.

Trong đời sống và sản xuất, yêu cầu về sử dụng nhiệt năng rất lớn Trong các ngành công nghiệp khác nhau, nhiệt năng dùng để nung, sấy nhiệt luyện nấu chảy các chất, là một yêu cầu không thể thiếu Nguồn năng lượng nhiệt này được chuyển từ điện năng qua các lò điện là rất phổ biến thuận lợi

Từ điện năng có thể thu được nhiệt năng bằng nhiều cách Nhờ hiệu ứng Joule (lò điện trở), nhờ phóng điện (lò hồ quang), nhờ tác dụng nhiệt của dòng xoáy Foucault thông qua hiện tựơng cảm ứng điện từ (lò cảm ứng),

§1.1: KHÁI NIỆM CHUNG VÀ PHÂN LOẠI

1 Khái niệm chung về lò điện trở:

Lò điện trở là thiết bị biến đổi điện năng thành nhiệt năng thông qua dây đốt (dây điện trở) Từ dây đốt qua bức xạ, đối lưu và truyền dẫn nhiệt, nhiệt năng được truyền tới vật cần gia nhiệt Lò điện trở thường dùng để nung sấy, nhiệt luyện, nấu chảy kim loại màu và hợp kim màu

2 Phân loại thiết bị sấy:

Thiết bị sấy là thiết bị nhằm thực hiện các quá trình làm khô các vật liệu, các chi tiết hay sản phẩm nhất định, làm cho chúng khô và đạt đến một

độ ẩm nhất định theo yêu cầu Trong các quá trình sấy, chất lỏng chứa trong vật liệu sấy thường là nước Tuy vậy, trong kỹ thuật sấy cũng thừơng gặp trường hợp sấy các sản phẩm bị ẩm bởi các chất lỏng hữu cơ như sơn, các vật đánh xi

Phương pháp sấy chia ra hai loại lớn là sấy tự nhiên và sấy bằng thiết

bị Sấy tự nhiên là quá trình phơi vật liệu ngoài trời Phương pháp này sử dụng nguồn bức xạ của mặt trời và ẩm bay ra được không khí mang đi (nhiều khi được hỗ trợ bằng gió tự nhiên)

Phương pháp sấy tự nhiên có ưu điểm là đơn giản, đầu tư vốn ít, bề mặt trao đổi lớn, dòng nhiệt bức xạ từ mặt trời tới vật có mật độ lớn (tới 1000 w/m2)

Tuy vậy sấy tự nhiên có các nhựơc điểm là: thực hiện cơ giới hoá khó, chi phí lao động nhiều, cường độ sấy không cao, chất lượng sản phẩm không cao, chiếm diện tích mặt bằng lớn

Các phương pháp sấy nhân tạo được thực hiện trong thiết bị sấy Có nhiều phương pháp sấy nhân tạo khác nhau Căn cứ vào phương pháp cung cấp nhiệt có thể chia ra các loại sau:

- Phương pháp sấy đối lưu

- Phương pháp sấy bức xạ

- Phương pháp sấy tiếp xúc

- Phương pháp sấy bằng điện trường dòng cao tầng

- Phương pháp sấy thăng hoa

Trong các phương pháp kể trên phương pháp sấy đối lưu, bức xạ và tiếp xúc được dùng rộng rãi hơn cả, nhất là phương pháp sấy đối lưu

Mỗi phương pháp sấy kể trên được thực hiện trong nhiều kiểu thiết bị khác nhau, ví dụ: sấy đối lưu được thực hiện trong nhiều thiết bị sấy như: thiết bị sấy buồng, sấy hầm, sấy bằng băng tải, thiết bị sấy kiểu tháp, thiết bị sấy thùng quay, thiết bị sấy tầng sôi, thiết bị sấy thổi kiểu khí động Phương pháp sấy bức xạ có thể thực hiện trong thiết bị sấy bức xạ dùng nguyên liệu khí, dùng dây điện trở Phương pháp sấy tiếp xúc có thể thực hiện trong các thiết bị như: thiết bị sấy tiếp xúc với bề mặt nóng, thiết bị sấy tiếp xúc kiểu tay quay, thiết bị sấy tiếp xúc chất lỏng

Mỗi loại vật liệu sấy thích hợp với một số phương pháp sấy và một số kiểu thiết bị sấy nhất định Vì vậy tuỳ theo vật liệu sấy mà ta chọn phương pháp sấy và thiết bị sấy cho phù hợp để đạt được hiệu quả và chất lượng sản phẩm cao

§1.2: CÁC YÊU CẦU CHỦ YẾU ĐỐI VỚI VẬT LIỆU LÀM DÂY ĐỐT

Trong lò sấy điện trở, dây đốt là phần tử chính biến đổi điện năng thành nhiệt năng thông qua hiệu ứng Joule Dây đốt cần phải được làm từ các vật liệu thoả mãn các yêu cầu sau:

- Khả năng chịu nhiệt tốt: không bị ôxi hoá trong môi trường không khí ở nhiệt độ cao

-Bền nhiệt cao, bền cơ học tốt, dây điện trở không được biến dạng, chúng có thể tự bền vững dưới tác dụng của bản thân dây điện trở

- Điện trở suất lớn: tạo cho dây điện trở có cấu trúc nhẹ khi cùng đáp ứng một công suất theo yêu cầu, dễ dàng bố trí trong lò

- Hệ số nhiệt điện trở nhỏ (α, β): nghĩa là nhiệt độ càng cao thì điện rở càng lớn

- Kích thước hình học phải ổn định: ít thay đổi hình dáng ở nhiệt độ làm việc

và Crôm, thường gọi là “Micrôm” Hợp kim của Crôm và nhôm cacbonrun [Sie] Trong những lò nhiệt độ thấp, chế độ làm việc ngắn thì có thể dùng thép xây dựng làm điện trở

I VẬT LIỆU HỢP KIM

1 Hợp kim micrôm:

Hợp kim micrôm có độ bền nhiệt tốt vì có lớp màng ôxit crôm (Cr2O3), bảo vệ rất chặt, chịu sự thay đổi nhiệt độ tốt nên có thể làm việc trong các lò có chế độ làm việc gián đoạn Hợp kim micrôm có cơ tính tốt ở nhiệt độ thường cũng như nhiệt độ cao, dẻo, dễ gia công, dễ hàn, điện trở suất lớn, hệ số nhiệt điện trở nhỏ, không có hiện tượng giã hoá

Nicrôm là vật liệu đắt tiền, nên người ta có khuynh hướng tìm các vật liệu khác thay thế

2 Hợp kim sắt- crôm- nhôm:

Hợp kim này chịu được nhiệt độ cao, thoả mãn yêu cầu các tính chất điện, nhưng có nhược điểm là giòn, khó gia công, kém bền cơ học ở nhiệt độ cao Vì thế cần thiết chú ý tránh các tác động tải trọng của chính dây điện trở Một nhược điểm nữa là hợp kim sắt- crôm- nhôm ở nhiệt độ cao dễ bị các ôxit sắt, ôxit SiO2 tác động hoá học, phá hoại lớp màng bảo vệ của các ôxít

Al2O3 và Cr2 O3 Vì vậy, tường lò, nơi tiếp xúc với hợp kim này phải là vật liệu chứa nhiều Alumin (Al2O3 ≥70%; Fe2O3 ≤1%)

Độ giãn dài tới 30÷40% đã gây ra khó khăn khi lắp đặt trong lò, cần tránh đoản mạch khi dây giãn dài và bị cong

Ở Liên Xô cũ, người ta chế tạo hai hợp kim ЭИ- 595 và И- 626 Nhiệt

độ làm việc đạt 13000C Chúng là hợp kim crôm có hàm lượng lớn, được biến tính bằng một lượng nhỏ các kim loại kiềm thổ, nên tăng độ dẻo ở

10000C chúng có độ bền cao

Các dây điện trở được tiêu chuẩn hoá khi sản xuất Dây điện trở bằng hợp kim: X13I04; OX23IOA; (ЭИ- 595); OX27105A (ЭИ- 626); X20H80,

có đường kính dây:

Những kích thước được dùng phổ biến nhất:

a Dây điện trở có dạng xoắn lò xo Đường kính dây 5; 5,5; 6; 6,5; 7 (mm)

b Dây điện trở dạng lỗi, cấu trúc kiểu dích dắc Đường kính dây: 8; 8,5; 9 (mm)

c Dây có tiết diện chữ nhật, cấu trúc kiểu dích dắc: 2.20; 2,5.25; 3.30 (mm)

d Trong các lò đối lưu tuần hoàn hoặc trong các buồn nung không khí, người ta dùng các dây dẫn điện trở có đường kính: 3; 3,5; 4 và 4,5 (mm) hoặc dây băng có tiết diện: (1.10); (1,2.12); (1,5.15)

SV: Đặng Thanh Hoàng - ĐKT - K44 9

Bảng 1.1: Đặc tính vật liệu chế tạo dây điện trở

Vật liệu làm dây điện trở Trọng lượng riêng ở

200C, g/cm3

Điện trở suất

ở 00C, ρ 0 , Ωmm 2 /m

Hệ số nhiệt điện trở α.10 3

Nhiệt độ chảy lỏng,

Nhiệt độ làm việc cực đại,

Nhiệt độ làm việc 0 C Làm việc

liên tục

Làm việc gián đoạn

- X20 H80 8,40 1,100 0,035 1400 1150 1050 1000 Nicrom - X20 H80T 8,20 1,270 0,022 1400 1200 1050 1000

kim

- OX25 I05

7,10 1,300 0,060 1450 1050 Hợp

* Những vl phi kim loại (**)

Silics (Cacborun) 2,30 800 ÷ 1900 Thay đổi

theo nhiệt độ (hệ số nhiệt

- 1500 1250 1200 Grafit 1,60 8 ÷ 3 - 2000

(2800)*

Ghi chú: * Trong chân không hoặc trong môi trường khí bảo vệ

II VẬT LIỆU PHI KIM LOẠI:

1 Vật liệu cacbonrun [SiC]:

Trong số các vật liệu phi kim loại được sử dụng làm dây đốt, là vật liệu cacbonrun Các thanh cacbonrun chỉ khác nhau về cấu trúc cũng như phương pháp chế tạo Cacbonrun chịu được nhiệt độ 1350 ÷14500C nên có thể đảm bảo lò đạt tới nhiệt độ 1350÷14000C Điện trở suất của cacbonrun lớn hơn nhiều so với kim loại, chúng đạt tới 800÷1900 Ωmm2/m Vì vậy, các thanh cacbonrun thường có tiết diện lớn Các thanh cacbonrun giòn, tăng nhiệt độ khi nung, nên phải sấy và nâng nhiệt độ từ từ Điện trở của cacbonrun giảm khi nhiệt độ tăng Khi làm việc, thanh nung cacbonrun bị giã hoá (điện trở tăng lên khi tăng thời gian sử dụng) Sau 60÷80 giờ làm việc đầu tiên, điện trở tăng 20%, sau đó tăng chậm hơn

Vì điện trở tăng dần do bị già hoá, vậy muốn đảm bảo công suất cần phải tăng điện áp cấp vào lò (P=U2/R) Lò làm việc với thanh nung cacbonrun thường có máy biến áp nhiều nấc để điều chỉnh điện áp thứ cấp Thời gian làm việc của thanh nung cacbonrun là 1000÷2000h khi nhiệt

độ lò là 14000C Nếu nhiệt độ lò cao hơn 14000C thì thời gian làm việc giảm xuống Nếu nhiệt độ lò là 1200÷13000C thì thời gian làm việc tăng 2÷3 lần

so với 14000C Do các thanh nung bị già hoá khác nhau, ta không nên đấu nối tiếp các thanh nung cacbonrun lại với nhau Các thanh nung cacbonrun thường có dạng ống Tiết diện hai đầu lớn hơn tiết diện thân 6÷8 lần để hạn chế sự toả nhiệt ở hai đầu

2 Than và grafit

Than và grafit được dùng để chế tạo dây đốt dưới dạng thanh, ống, tấm hoặc nồi Ta trộn thêm một lượng nhỏ famôt vào grafit để tăng độ bền, nhưng lại giảm nhiệt độ làm việc, tăng điện trở suất Khi nung than và grafit

dễ bị ôxi hoá trong không khí, nên thường được dùng trong các lò khí bảo vệ hoặc tính toán thời gian làm việc ngắn

3 Cripton

Cripton là hỗn hợp của grafit, cacbon và đất sét Chúng được tạo hạt

có đường kính 2÷3 (mm) ở dạng hạt, xuất hiện điện trở tiếp xúc giữa các hạt nên điện trở suất của cripton lớn hơn điện trở suất của than hoặc grafit Điện trở suất của cripton phụ thuộc nhiều vào độ nén chặt Trong các lò thí nghiệm, nhiệt độ lò đạt tới 18000C, cripton bị cháy dần khi làm việc, nhưng

rẻ tiền và cấu tạo của lò đơn giản

§1.4 CẤU TẠO DÂY ĐỐT ĐIỆN TRỞ

Với phương pháp nung nóng bằng điện trở, phân dây đốt làm hai loại là: dây đốt hở và dây đốt kín

1 Dây đốt hở:

Đây là dây đốt không bọc bảo vệ

a Ưu điểm của loại này:

Hình 1.3: Dây tiết diện tròn quấn kiểu lò xo

Hình 1.4: Dây đốt bố trí kiểu dích dắc

a Dây điện trở tiết diện tròn quấn kiểu dích dắc

b Dây điện trở tiết diện chữ nhật quấn kiểu dích dắc

- Loại lò xo hay dùng cho dây đốt tròn, để tăng cường độ cứng, quấn dây đốt trên lỗi, thanh bằng gốm chịu lửa

- Loại dích dắc hay dùng cho dây đốt dẹt (dây đốt băng), đặc trưng bằng tỷ số: m =a/b

2 Dây đốt kín:

Có vỏ bọc bằng thép quanh phần tử nung nóng

a Ưu điểm:

- Ít bị ôxi hoá, hư hỏng, thời gian sử dụng lâu

- Trong một số trường hợp làm tăng chất lượng sản phẩm

- Tăng hiệu suất

b Nhược điểm:

- Truyền nhiệt kém hơn dây đốt hở

- Tạo nhiệt độ không cao

- Khi hư hỏng không sửa chữa được

Hình 1.5: Cấu tạo của dây đốt kín hình chữ U

- Vỏ kim loại làm bằng thép CT 5÷8 hoặc thép không rỉ (1CR18 Mig)

- Lớp ngăn cách giữa phần tử nung nóng và vỏ, đảm bảo không dẫn điện, dẫn nhiệt, dùng bột thạch anh, bột MgO,

- Phần tử nung nóng: Trong điều kiện toả nhiệt khó, khi hư hỏng khó sửa chữa nên phải được làm bằng vật liệu tốt, thường dùng Cr2Ni80 Người ta hàn đầu nối trong những thiết bị nung nóng với đầu ra để nối dây dẫn, để đưa điện vào sợi đốt

- Loại này được dùng phổ biến trong những thiết bị nung nóng trực tiếp

H2O, dung dịch, dầu mỡ, ,thiết bị sấy

- Trong sinh hoạt ta dùng để nung nóng H2O, bếp địên, thùng ARISTON

§1.5: MỘT SỐ LÒ SẤY ĐIỆN TRỞ GIÁN TIẾP THƯỜNG DÙNG

1 Thiết bị sấy buồng:

Thiết bị sấy buồng dùng trong việc sấy những vật liệu dạng cục, hạt, với một năng suất không lớn lắm và làm theo chu kỳ Buồng sấy có thể được xây bằng thép tấm, ở giữa có cách nhiệt hoặc đơn giản xây bằng gạch đỏ có lớp cách nhiệt hoặc không có

Tác nhân sấy trong thiết bị sấy thường là không khí nóng hoặc là khói

lò Không khí được đốt nóng nhờ calorife điện hoặc khí khói Calorife thường được đặt trên nóc hoặc hai bên sườn hoặc ở bên ngoài buồng sấy Trong thiết bị sấy buồng gồm hai loại: tác nhân sấy lưu động tự nhiên và lưu động cưỡng bức Vật liệu sấy được đặt trên xe goòng, để thuận tiện trong việc vận chuyển các xe goòng thì khoảng cách giữa xe goòng và tường buồng sâý cách nhau một khoảng δ=50÷100 (mm) Vật liệu sấy bố trí trên khay, có ý nghĩa quan trọng trong vấn đề chất lượng của sản phẩm Nếu vật liệu sấy có mật độ quá lớn thì tác nhân sấy khó lưu chuyển dẫn đến thời gian sấy lớn và vật liệu khô không đều Ngược lại nếu mật độ vật liệu sấy trên khay quá bé thì điều kiện truyền chất được tăng cường và thời gian sấy giảm, chất lượng sản phẩm cao nhưng năng suất không cao Do vậy việc bố trí vật liệu sấy trên khay sấy cũng rất quan trọng đối với chất lượng sản phẩm sấy và năng suất sấy

Thiết bị sấy buồng là một thiết bị được sử dụng rộng rãi nhất hiện nay vì:

có kết cấu đơn giản, dễ vận hành, vốn đầu tư ít, thích hợp với các xí nghiệp bé

Hình 1.6: Thiết bị sấy buồn dùng quạt gió tập trung

1: quạt gió; 2: calorife; 3,4: ống phân phối; 5: ống thoát khí

*Kết cấu của buồng lò được trình bày trên hình 1.7

Hình 1.7: Cấu tạo buồng sấy

1- Bê tông cốt sắt

2- Bông thuỷ tinh

3- Ống dẫn khí thải

4- Gạch đỏ

5- Xe goòng chứa vật liệu sấy

2 Thiết bị sấy kiểu hầm:

Thiết bị sấy kiểu hầm là một trong những thiết bị đối lưu dùng khá rộng rãi trong công nghiệp nó dùng để sấy các vật liệu dạng hạt, bột, Với năng suất cao và có thể dễ dàng cơ giới hoá, khác với thiết bị sấy buồng từng mẻ, trong thiết bị sấy hầm vật liệu sấy gần như được đưa vào và lấy ra liên tục

Hầm sấy thường dài 10÷15 m hoặc lớn hơn Chiều cao và chiều ngang

của hầm sấy phụ thuộc vào xe goòng và khay tải vật liệu sấy Theo tiêu

chuẩm Việt Nam chiều cao của hầm sấy từ 1200÷1400 (mm) Hầm sấy

thường làm bằng gạch đỏ có cách nhiệt hoặc không có cách nhiệt

Trần hầm sấy thường làm bằng bê tông cách nhiệt Tổn thất qua nền

khoảng qm =10 (w/m2)÷15 (w/m2) Thiết bị chuyển tải là xe goòng có kích

thước cao từ 1000÷1500 mm, dài và rộng từ 500÷1000 mm Trên khay bố trí

từ 10÷15 khay tải vật liệu với diện tích mỗi khay trên dưới 1 m2, mật độ vật

liệu trên khay bố trí khoảng 2÷5 kg/m2 Để xe goòng dịch chuyển được dễ

dàng thì khoảng giữa hai thành khay với hai tường bên khoảng 50÷100 mm

Tác nhân sấy trong thiết bị sấy hầm thường là không khí nóng được gia

nhiệt từ calorife khí, và calorife khí thường được bố trí trên nóc hầm sấy Vấn

đề thải ẩm trong thiết bị sấy nó được thực hiện nhờ một ống thoát ẩm từ trên

nóc hầm sấy ở phần cuối dẫn ra nhờ quạt thải ẩm

Xe vật liệu ra

Xe vật liệu

vào

Hình 1.8: Hầm sấy kiểu Xnhimod- Ghiprodrep- 56 (Liên Xô cũ)

3 Thiết bị sấy dùng bơm nhiệt:

Sơ đồ nguyên lý TBS dùng bơm nhiệt được biểu diễn trên hình 1.9

Máy nén tiêu thụ năng lượng Nb đưa môi chất lạnh đến giàn nóng Ở đây môi chất lạnh toả nhiệt Q1 ra không khí làm cho nhiệt độ của nó tăng lên

từ t0, ϕ0 đến t1, ϕ1 Không khí nóng qua vật liệu sấy làm bay hơi ẩm wh từ vật liệu Không khí thoát ra khỏi buồng sấy có nhiệt độ t2 độ ẩm tương đối ϕ2

được quạt 4 thổi vào buồng lạnh môi chất lạnh được đưa từ giàn nóng qua van tiết lưu 6 vào giàn lạnh Ở đây môi chất hoá hơi rồi được hút về máy nén

Hình 1.9: Sơ đồ nguyên lý thiết bị sấy dùng bơm nhiệt

Nứơc vào t' n , Nứơc ra t" n

W h ; t' n

ϕ

Quá trình sấy bằng bơm nhiệt trên đồ thị I -d

1-máy nén, 2-giàn nóng (calorife), 3-buồng sấy, 4-quạt gió, 5-giàn lạnh, van tiết lưu, 7-gia nhiệt bằng điện, 8-làm mát bằng nước

6-Không khí trong buồng lạnh nhả nhiệt Q2 cho giàn lạnh làm cho nhiệt độ của nó giảm từ t2 xuống t3 và tiếp tục giảm đến t4 Quá trình làm lạnh không khí 2-3-4 làm cho không khí ẩm trở nên quá bão hoà, nước ngưng tụ sẽ được thoát ra ngoài (lưu lượng wh nhiệt độ tn) Vì năng suất lạnh của giàn lạnh không đủ để làm lạnh không khí từ trạng thái 2 đến trạng thái 4 nên người ta phải dùng nước bổ xung đưa vào làm mát không khí Lưu lượng nước làm mát bổ xung là Gn nhiệt độ nước vaò t’,nhiệt độ nước ra t” Quá trình sấy theo chu trình kín Thiết bị làm việc theo chu kỳ Đầu quá trình sấy năng lượng bay hơi ẩm từ vật liệu wh (kg/h) rất lớn còn ở cuối quá trình sấy wh giảm đáng kể (bằng 10÷20% năng suất bay hơi ẩm ở đầu quá trình sấy) Vì vậy cần phải điều chỉnh chế độ của bơm nhiệt phù hợp với quá trình sấy Để giảm khoảng điều chỉnh công suất bơm người ta bố trí thêm bộ phận gia nhiệt bằng điện trở để gia nhiệt bổ xung ở đầu quá trình sấy mà bơm nhiệt không đáp ứng được Ở nhiều thiết bị sấy dùng bơm nhiệt công suất của bộ gia nhiệt điện trở gần bằng công suất của bơm nhiệt

4 Thiết bị sấy buồng dùng Êjectơ:

Thiết bị sấy buồng dùng êjectơ (hình 1-10) dùng trong trường hợp cần tạo nên áp lực đẩy đáng kể của khí Năng lượng tiêu thụ của hệ thống gió bằng êjectơ xác định bởi tốc độ cần thiết cần tạo ra ở miệng vòi phun và trở lực cần khắc phục để tuần hoàn môi chất trong buồng sấy

Hình 1.10: Thiết bị sấy buồng kiểu XNHIMOD

1 - Xe goòng để vật liệu sấy; 2 - Calorife; 3- Quạt gió

4 - Động cơ điện; 5 - ống thoát khí;

5 Thiết bị sấy khí động:

Sơ đồ nguyên lý của thiết bị sấy khí động được biểu diễn trên hình

1-11 Môi chất sấy là không khí nóng hoặc khói được thổi vào ống sấy hình trụ đặt thẳng đứng Vật liệu từphễu qua bộ phận cung cấp đưa vào ống sấy Môi chất sấy thổi vào với tốc độ cao đẩy vật liệu đi lên hoà trộn vào môi chất Môi chất nóng sẽ gia nhiệt và sấy vật liệu

32

1

Yêu cầu vật liệu sấy có dạng hạt khối lượng riêng nhỏ để khí có thể thổi lên được Những hạt nhỏ sẽ được sấy khô trước, những hạt to khô chậm hơn Tất cả hỗn hợp vật liệu và khí được đưa vào xyclôn, ở đây thực hiện quá trình phân ly vật liệu khô ra khỏi khí thoát Khí thoát được quạt hút, hút ra ngoài còn vật liệu khô rơi xuống phía dưới chứa và phễu sau đó được đưa ra ngoài vào nơi đóng gói bảo quản Ta thấy sấy kiểu khí động có các đặc điểm sau:

- Tốc độ khí rất lớn tuỳ thuộc vào kích cỡ và khối lượng riêng của vật liệu Thông thường tốc độ này từ 20÷40 (m/s)

- Vật liệu sấy thuộc loại hạt nhỏ, kích cỡ không quá 10mm

- Môi chất sấy có thể là không khí nóng hay khói tuỳ thuộc vật liệu sấy

- Thời gian sấy ngắn (hàng chục giây), vì vậy chỉ để sấy độ ẩm tự do

Để mở rộng phạm vi sử dụng của kiểu sấy này người ta bố trí thêm phần trao đổi nhiệt- chất tiếp xúc Do vậy có thể dùng để sấy các vật liệu khác

và sấy được độ ẩm liên kết

Hình 1-11: Sơ đồ nguyên lý thiết bị sấy khí động:

M«i chÊt sÊy

1-phễu chứa vật liệu, 2-bộ phận cấp liệu, 3-ống sấy, 4-xyclôn,

5-quạt gió, 6-khoá khí

CHƯƠNG II: THIẾT KẾ MẠCH ĐỘNG LỰC

§2.1: SƠ ĐỒ ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ BẰNG TIẾP ĐIỂM

Sơ đồ khống chế nhiệt độ bằng tiếp điểm (hình 2.1) Mạch lực có điện

áp cấp từ lưới 220/380 (v) Dòng điện cấp cho lò được đo bằng Ampekế thông qua biến dòng

Hình 2.1: Sơ đồ khống chế nhiệt độ lò bằng tiếp điểm

* Nguyên lý làm việc của sơ đồ:

Khoá K dùng để chuyển đổi chế độ điều khiển: vị trí tự động (TĐ) hoặc bằng tay (T) Ở chế độ khống chế nhiệt độ là tự động như sau: khi nhiệt độ thấp (lúc đầu cung cấp điện cho lò) thì tiếp điểm 1 đóng và được duy trì bởi

Rc, cuộn dây rơle RT có điện, đèn Đ2 sáng và tiếp điểm RT đóng lại cung cấp điện cho cuộn dây công tắc tơ K, công tắc tơ K được cung cấp điện và các tiếp điểm K đóng lại cấp điện cho các dây điện trở R2 Khi nhiệt độ tăng đến nhiệt độ cao (Tmax) thì tiếp điểm 2 đóng lại cung cấp điện cho cuộn dây rơle

Rc làm tiếp điểm RC mở ra, RT mất điện và tiếp điểm 2 được duy trì bởi điểm thường đóng RT cuộn dây RT mất điện làm cho K cũng mất điện làm cắt các dây điện trở R2 ra khỏi lưới điện dẫn đến nhiệt độ lò giảm xuống dần khi đến nhiệt độ Tmin thì tiếp điểm 1 lại được đóng lại Sơ đồ hoạt động trở lại như trước Đèn Đ3 dùng để báo hiệu Aptômat đã được đóng lại Tiếp điểm rơle nhiệt R1 dùng để bảo vệ khi tiếp điểm 1 (Rc) bị dính không ngắt được

Ngoài sơ đồ điều khiển nhiệt độ bằng tiếp điểm trên còn có nhiều sơ đồ điều khiển bằng tiếp điểm khác

§2.2: GIỚI THIỆU MỘT VÀI SƠ ĐỒ ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP XOAY CHIỀU

I Sơ đồ điều chỉnh điện áp xoay chiều một pha:

Sơ đồ điều chỉnh điện áp xoay chiều một pha được trình bày trên hình 2.14 Hai tiristor đấu song song ngược cho phép điều chỉnh điện áp xoay chiều Vì anot T1 nối với catot T2 và anot T2 nối với catot T1 nên trong mạch điều khiển nhất thiết phải dùng một biến áp xung có hai cuộn dây thứ cấp, cách ly với nhau Các điốt được dùng để khoá chặn các xung âm

Giả thiết điện áp nguồn là U= 2.U.sinωt

Hình 2.14: Sơ đồ điều chỉnh điện áp xoay chiều một pha

1 Trường hợp tải R, thuần trở là L=0

Hình 2.1.5: Sơ đồ điều chỉnh điện áp xoay chiều 1 pha với tải thuần trở

Khi T1 mở thì một phần của nửa chu kỳ dương điện áp nguồn điện đặt lên mạch tải, còn khi T2 mở thì một phần của nửa chu kỳ âm của U được đặt lên mạch tải

Góc mở α được tính từ điểm đi qua trị zerocủa điện áp nguồn

Dòng điện tải: it = 2.Usin

α ≤ θ ≤ πθ

Dòng điện tải không có dạng của một hình sin Khai triển Fourier của

nó gồm thành phần sóng cơ bản và sóng hai bậc cao

Thành phần sóng cơ bản của dòng điện it lệch chậm sau điện áp nguồn

π

α

θ

Trị hiệu dụng của dòng tải: It = U 2 2 sin 2

πCông suất tác dụng cung cấp cho mạch tải:

α − ϕ : là dòng điện quá độ, suy giảm theo hàm

mũ Nếu α = ϕ thì iqđ = 0

Người ta có thể biểu diễn tách biệt hai dòng điện trên, rồi suy ra dòng điện tải it, hình 2.17b

Trong các biểu thức trên, θ = 0 tại gốc toạ độ O' cách gốc O một góc bằng α Tiristor T1 phải được khoá lại trước khi cấp xung mở T2, nếu không, thì không thể mở được T2, cụ thể là α ≥ ϕ

Hình 2.17: Sơ đồ tải R + L

II Sơ đồ điều chỉnh điện áp xoay chiều ba pha:

Sơ đồ gồm 3 cặp Tiristor ghép song song ngược Mỗi cặp nối tiếp với một pha tải Mạch tải có thể đấu kểu "Y" hoặc Δ"

1 Trường hợp tải thuần trở đấu Y (hình 2.18)

Giả thiết điện áp nguồn là đối xứng

θ 2π

it

x1

i

iq®

Như vậy bằng cách làm biến đổi góc α từ 0 đến π, người ta có thể điều chỉnh được công suất tác dụng từ trị cực đại P =

Khi ba Tiristor ở ba pha cùng mở cho dòng chảy thì điện áp trên các pha tải bằng điện áp pha tương ứng của nguồn

Trên hình chỉ trình bày điện áp tải pha A, ký hiệu Ua (đối với góc đo là điểm trung tính của tải)

Nêu 0 ≤ α ≤ 600: Tiristor T5 dẫn dòng từ khi nhận được xung điều khiển mở cho đến khi θ = 600, tức là chừng nào a b

§2.3 THIẾT KẾ MẠCH ĐỘNG LỰC VỚI ĐIỆN ÁP 220/380 (V) XOAY CHIỀU

Sau khi phân tích, đánh giá các sơ đồ điều khiển điện áp xoay chiều, với tải là dây đốt thuần trở, có công suất vừa phải nên ta chọn sơ đồ điều chỉnh điện áp xoay chiều ba pha dùng triac, tải đấu “Y” là hợp lý nhất

1 Sơ đồ động lực: vì dòng điện của tải nhỏ nên ta dùng van động lực là triac Với tải đấu Y

CM

Ivan chọn = 1,6.91,16 = 145,856 (A)

Uvanchọn = 1,6.537,4 = 860 (V)

Ta chọn van triac loại SSG300C100 có các thông số sau:

Igmax = 400 (mA): Dòng điện điều khiển max

Ugmax = 3,0 (V): Điện áp điều khiển max

ΔUmax = 1,5 (V): Sụt áp trên van khi mở

dU

dt = 100 (V/s): tốc độ tăng điện áp

Irmax = 25 (mA): Dòng điện rò max

Ihmax = 150 (mA): Dòng điện tự giữ

tmax = 10 (μs): Thời gian giữ xung điều khiển max

3 Tính chọn các thiết bị bảo vệ van:

a Bảo vệ quá nhiệt độ cho van:

Khi làm việc với dòng điện chạy qua van có sụt áp, do đó có tổn hao công suất ΔP, tổn hao này sinh ra nhiệt đốt nóng van bán dẫn Mặt khác van bán dẫn chỉ được phép làm việc dưới nhiệt độ cho phép T0cp nào đó, nếu quá nhiệt độ cho phép thì các van bán dẫn sẽ bị phá hỏng Để van bán dẫn làm việc an toàn, không được chọc thủng về nhiệt, ta phải chọn và thiết kế hệ thống toả nhiệt hợp lý

- Tính toán cánh toả nhiệt

- Tổn thất công suất trên 1 triac:

ΔP = ΔU Ilv = 1,5 91,16 = 136,74 (W)

- Diện tích bề mạt toả nhiệt

M M

PS

K

Δ

=τ Trong đó ΔP: Tổn hao công suất

τ: Độc chênh lệch nhiệt so với môi trường

Chọn nhiệt độ môi trường Tmt = 400C nhiệt độ làm việc cho phép của triac Tcp0 = 1250C Chọn nhiệt độ trên cánh toả nhiệt Tlv = 800C

S = 20 2 11 11 = 4840 (cm2) = 0,484 (m2) Chọn R0 = 1 (Ω)

Hình 2.22 Cánh toả nhiệt của triac

b Bảo vệ quá điện áp cho van

Điện áp trên van quá lớn so với điện áp định mức của van ta gọi là quá điện áp van

Để bảo vệ quá điện áp do quá trình đóng, cắt các triac được thực hiện bằng cách mắc R - C song song với triac Khi có sự chuyển mạch, các điện tích tích tụ trong các lớp bán dẫn phóng ra ngoài tạo ra dòng điện ngược gây

ra sức điện động cảm ứng rất lớn trong các điện cảm làm cho quá điện áp giữa hai đầu nối của triac B1 và B2 Khi có mạch R - C mắc song song với triac tạo

ra mạch vòng phóng điện tích trong quá trình chuyển mạch nên triac không bị quá điện áp

R 1

C 1

Hình 2.23 Mạch R - C bảo vệ quá điện áp do chuyển mạch

Theo tài liệu chọn: R1 = 5,1 (Ω), C1 = 0,25 μF

- Bảo vệ xung điện áp từ lưới điện, mắc mạch R-C như hình 2.24, nhờ

có mạch lọc này mà đỉnh xung gần như nằm lại hoàn toàn trên điện trở đường dây

Hình 2.24 Mạch RC bảo vệ quá điện áp từ lưới

Trị số R, C được chọn theo tài liệu: R2 = 12,5(Ω), C2 = 4 μF (tài liệu thiết kế điện tử công suất)

c Bảo vệ quá dòng điện cho van

- áptomát dùng để đóng, cắt mạch động lực, tự động bảo vệ khi quá tải

và ngắn mạch triac, ngắn mạch đầu ra biến đổi, ngắn mạch tải

4 Tính chọn dây dẫn

Dây dẫn được chọn theo điều kiện phát nóng như sau:

K1 K2 Icp ≥ Itt Trong đó:

K1: Hệ số kể đến môi trường đặt cáp

K2: Hệ số hiệu chỉnh theo số lượng cáp đặt trong rãnh

Icp: Dòng điện cho phép của dây dẫn được chọn

- Tra PL4.28 chọn 4 dây dẫn đồng 1 lõi có tiết diện F = 1 x 25mm2

Có Icp = 144 (A), cách điện PVC do hãng Lens chế tạo

1,5

≥ (Bảo vệ bằng áptômát nhiệt) 116,3 > 72,93 (A) Vậy dây dẫn đã chọn thoả mãn điều kiện phát nóng

CHƯƠNG III: THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN NHIỆT

Điều khiển nhiệt độ của lò nhằm mục đích tạo ra một nhiệt độ thích hợp với điều kiện sử dụng lò Việc điều khiển nhiệt độ bằng cách điều chỉnh điện áp và dòng điện cấp cho sợi đốt, mà việc điều chỉnh dòng điện và điện áp

là điều chỉnh góc mở của triac Việc điều chỉnh góc mở α của triac được thực hiện như sau:

§3.1 NGUYÊN LÝ ĐIỀU KHIỂN TRIAC (TIRISTOR)

Trong thực tế người ta thường dùng hai nguyên tắc điều khiển: thẳng đứng tuyến tính và thẳng đứng “arcos” để thực hiện điều chỉnh vị trí xung trong nửa chu kỳ dương của điện áp đặt trên Tiristor cũng như triac

1 Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính

Theo nguyên tắc này người ta dùng hai điện áp

- Điệnáp đồng bộ, ký hiệu Us, đồng bộ với điện áp đặt trên hai đầu lực của Tiristor, triac thường đặt vào đầu đảo của khâu so sánh

- Điện áp điều khiển, ký hiệu Ucm (điện áp 1 chiều có thể điều chỉnh được biên độ) thường đặt vào đầu không đảo của khâu so sánh

Hiệu điện thế đầu vào của khâu so sánh là;

Ud = Ucm - Us Mỗi khi Us = Ucm thì khâu so sánh lật trạng thái, ta nhận được “sườn xuống của điện áp đầu ra của khâu so sánh, sườn xuống này thông qua đa hài một trạng thái ổn định, tạo ra 1 xung điều khiển

Như vậy, bằng cách làm biến đổi Ucm, người ta có thể điều chỉnh được thời điểm xuất hiện xung ra, tức là điều chỉnh được góc α

Giữa α và Ucm có quan hệ như sau:

cm

sm

US

α = π người ta lấy Ucmmax = Usm

Hình 3.1 Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính

2 Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng “arccos”

Theo nguyên tắc này người ta dùng hai điện áp

- Điện áp đồng bộ US, vượt trước UAK = Umsinωt của tiristor một góc π/2 bằng US = Um cosωt

- Điện áp điều khiển Ucm là điện áp một chiều, có thể điều chỉnh được biên độ theo hai chiều (dương và âm)

Nếu đặt US vào cổng đảo và UCM vào cổng không đảo của khâu so sánh thì khi US = Ucm, ta sẽ nhận được xung rất mảnh ở đầu ra của so sánh khi khâu này lật trạng thái:

Umcosϕ = Ucm

Do đó: α = arecos cm

m

UU

Như vậy, khi điều chỉnh Ucm từ trị Ucm = +Um, đến trị Ucm = -Um, ta có thể điều chỉnh được góc α từ 0 đến π

Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng “arccos” được sử dụng trong các thiết bị chỉnh lưu đòi hỏi chất lượng cao

Hình 3.2: Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng

3 Sơ đồ khối mạch điều khiển

Để thực hiện tốt được việc điều khiển Tiristor, triac thì mạch điều khiển bao gồm các khâu cơ bản sau:

Hình 3.3 Sơ đồ khối mạch điều khiển

Với sơ đồ này nhiệm vụ của các khâu như sau:

- Khâu đồng pha có nhiệm vụ tạo ra điện áp tựa Urc (thường gặp là điện

áp dạng răng cưa tuyến tính) trùng pha với điện áp anod của Tiristor